CN111129780B - 一种改善玻璃材料在5g毫米波频段斜入射特性的结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善玻璃材料在5G毫米波频段斜入射特性的结构.所述结构包括透明材料薄膜层和玻璃层；所述透明材料薄膜层包括第一电路层、透明介质层和第二电路层，第一电路层和第二电路层分别印刷在透明介质层的上表面和下表面，玻璃层位于第二电路层下方。本发明通过在玻璃上粘贴表面带有电路的透明薄膜，可以增强玻璃在5G通讯毫米波通信频段的斜入射透射性能，并且还能阻挡传输频带外的入射电磁波，实现空间滤波功能。本发明有以下几个优点：透光性好，薄膜和电路均做了透明化处理，减少对玻璃透光性能的影响；使用简单，将设计好的薄膜粘贴在玻璃上，操作方便；损耗小，一般使用低损耗的材料制成薄膜，减少在介质中的损耗。

Description

一种改善玻璃材料在5G毫米波频段斜入射特性的结构
技术领域
本发明涉及微波通讯领域，具体涉及一种改善玻璃材料在5G毫米波频段斜入射特性的结构。
背景技术
相比第四代移动通信技术，第五代移动通信(5G)技术在速率、时延、连接数以及移动性上都将得到极大提升，尤其是在5G毫米波通信频段具有更佳的速率性能。但由于频率的上升导致波长减少，因此很多在sub6G频段没有考虑的影响不能简单忽略，比如电磁波穿透墙壁、窗户等介质层时的反射特性和传输损耗，以及空间中存在的各种电磁信号的干扰。
现有技术通常只考虑到从终端设备的角度优化5G毫米波信号覆盖和信号处理，比如基于LSAA(大型天线阵列)的网络部署优化方案(“Radio propagation and wirelesscoverage of LSAA-based 5G millimeter-wave mobile communication systems”Haiming Wang,Peize Zhang,Jing Li,Xiaohu You)，或者基于MIMO理论的多输入多输出通信信号处理技术(“An Overview of Signal Processing Techniques for MillimeterWave MIMO Systems”Robert W.Heath,Nuria González-Prelcic,Sundeep Rangan,WonilRoh,Akbar M.Sayeed)，但是没有考虑到在电磁波的传输过程中减少通过介质的损耗，这也是本方面的目的所在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善玻璃材料在5G毫米波频段斜入射特性的结构：将透明薄膜粘贴在家用玻璃上，并在薄膜表面印刷电路实现滤波功能。在保证5G毫米波通信频段内透射增强的同时，滤除通信频段以外的干扰信号，优化5G终端工作的电磁环境。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
一种改善玻璃材料在5G毫米波频段斜入射特性的结构，包括透明材料薄膜层和玻璃层；
所述透明材料薄膜层包括第一电路层、透明介质层和第二电路层，第一电路层和第二电路层分别印刷在透明介质层的上表面和下表面，玻璃层位于第二电路层下方。
进一步地，所述第一电路层和第二电路层用于实现滤波功能，第一电路层和第二电路层用于实现滤波功能，根据实际需求选择不使用、只使用一层或全部使用。
进一步地，当实际需求仅要求斜入射特性改善，而不需要空间滤波功能的时候，选择不使用电路层；当实际需求要求斜入射特性改善，但是对空间滤波的性能要求不高的时候，选择仅使用一层电路层；当实际需求不仅需要斜入射特性改善，也要求空间滤波有好的性能的时候，选择使用两层电路层。
进一步地，所述空间滤波的性能包括矩形系数、带内平坦度；好的滤波性能要求矩形系数<1.5@50dB或者矩形系数<1.26@40dB，带内平坦度要求在1dB以内；当达不到好的滤波性能要求时，则认为滤波性能要求不高。
进一步地，所述第一电路层和第二电路层均由频率选择表面周期电路组成，制作在透明介质层的两面。
进一步地，所述频率选择表面周期电路包括若干个频率选择表面周期单元；所述频率选择表面周期单元可以选取双环贴片单元组成周期排布的结构，用于实现毫米波通信频段以外的滤波功能。
进一步地，所述双环贴片包括同心的第一方环形状金属贴片和第二方环形状金属贴片，所述第一环形金属贴片在每一条边的中间部分都向内折叠，形成一段矩形凹槽；所述第二环形金属贴片为正方形分布。
进一步地，所述透明介质层(2)由透明塑料片材制成，其中透明塑料片材包括COC、PET、PI、LCP、PDMS，透明介质层(2)的尺寸由玻璃层(4)实际使用的玻璃的介电常数和尺寸以及自身介电常数决定。
进一步地，所述玻璃层为各种透明玻璃，包括但不限于石英玻璃、碳酸钡玻璃、硼砂玻璃、硅酸盐玻璃、有机玻璃等。
本发明与现有技术相比，显著优点为：
(1)本发明的透明薄膜粘贴在玻璃表面上时，60度角斜入射时的传输性能可提升3dB以上，同时保持垂直入射的传输特性没有明显恶化；
(2)适用范围广，对于不同的玻璃和电磁环境需求，可灵活调整薄膜的选材和厚度，以实现最佳的透射性能。
附图说明
图1为本发明基于透明薄膜增强5G毫米波通信频段玻璃斜入射特性的方案图。
图2为本发明实施例中电路层的结构平面图。
图3为本发明实施例中电路层的单元结构平面图。
图4为本发明实施前后在5G毫米波通信频段的传输特性曲线图。
图5为本发明实施例中表面印有电路的透明薄膜粘贴在玻璃上的全频段传输特性曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实例。相反地，提供实例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。应当理解本发明实例以及实例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定。
实施例：
一种改善玻璃材料在5G毫米波频段斜入射特性的结构，如图1所示，包括透明材料薄膜层和玻璃层4；
所述透明材料薄膜层包括第一电路层1、透明介质层2和第二电路层3，第一电路层1和第二电路层3分别印刷在透明介质层2的上表面和下表面，玻璃层4位于第二电路层3下方。
所述第一电路层1和第二电路层3用于实现滤波功能，如图2所示，所述第一电路层1和第二电路层3均由频率选择表面电路组成，通过金属溅射工艺印刷在透明介质层2的两面。
所述频率选择表面电路包括若干个双环贴片单元5组成周期排布的结构，该结构以相同的周期单元大小，不同的贴片尺寸，按中心对准分布在透明介质层2的两面，用于实现毫米波通信频段以外的滤波功能。
如图3所示，所述双环贴片单元5包括同心的第一环形金属贴片6和第二环形金属贴片7，所述第一环形金属贴片6在每一条边的中间部分都向内折叠，形成一段矩形凹槽8；所述第二环形金属贴片7为正方形分布。
本实施例中，所述透明介质层2由COC片材制成，其介电常数为2.3。
本实施例中，所述玻璃层4为纯净的石英玻璃，其介电常数为3.78。
经数值计算和软件仿真，5G毫米波通信频段透射增强技术引入前后的传输参数如图4所示，带外抑制特性如图5所示，在入射波垂直入射时，斜入射透射增强前后的5G毫米波通信频段内传输参数均控制在-1dB以内。在60°斜入射时，斜入射透射增强前的5G毫米波通信频段内传输参数最高仅为-4dB，增强后传输参数控制在-1dB以内，传输性能提升了3dB。引入频率选择表面后的低频抑制到14GHz，高频抑制达到了43GHz。
由上可知，本发明是为增强5G毫米波通信频段玻璃斜入射传输特性而设计，并且考虑到带外抑制、操作方便的要求，通过将表面印有频率选择表面电路的透明薄膜粘贴在玻璃上实现带内提高斜入射传输效率，带外抑制杂波干扰的功能。

Claims (3)

1.一种改善玻璃材料在5G毫米波频段斜入射特性的结构，其特征在于：包括透明材料薄膜层和玻璃层(4)；
所述透明材料薄膜层包括第一电路层(1)、透明介质层(2)和第二电路层(3)，第一电路层(1)和第二电路层(3)分别印刷在透明介质层(2)的上表面和下表面，玻璃层(4)位于第二电路层(3)下方；所述第一电路层(1)和第二电路层(3)用于实现滤波功能，第一电路层(1)和第二电路层(3)根据实际需求选择不使用、只使用一层或全部使用；当实际需求仅要求斜入射特性改善，而不需要空间滤波功能的时候，选择不使用电路层；当实际需求要求斜入射特性改善，但是对空间滤波的性能要求不高的时候，选择仅使用一层电路层；当实际需求不仅需要斜入射特性改善，也要求空间滤波有好的性能的时候，选择使用两层电路层；所述空间滤波的性能包括矩形系数、带内平坦度；好的滤波性能要求矩形系数<1.5@50dB或者矩形系数<1.26@40dB，带内平坦度要求在1dB以内；当达不到好的滤波性能要求时，则认为滤波性能要求不高；所述第一电路层(1)和第二电路层(3)均由频率选择表面周期电路组成；所述频率选择表面周期电路包括若干个周期单元；所述频率选择表面周期单元可以选取双环贴片单元(5)组成周期排布的结构，用于实现毫米波通信频段以外的滤波功能；
所述双环贴片单元(5)包括同心的第一方环形状金属贴片(6)和第二方环形状金属贴片(7)，所述第一方环形状金属贴片(6)在每一条边的中间部分都向内折叠，形成一段矩形凹槽(8)；所述第二方环形状金属贴片(7)为正方形分布。
2.根据权利要求1所述的一种改善玻璃材料在5G毫米波频段斜入射特性的结构，其特征在于，所述透明介质层(2)由透明塑料片材制成，其中透明塑料片材包括COC、PET、PI、LCP、PDMS，透明介质层(2)的尺寸由玻璃层(4)实际使用的玻璃的介电常数和尺寸以及自身介电常数决定。
3.根据权利要求1所述的一种改善玻璃材料在5G毫米波频段斜入射特性的结构，其特征在于，所述玻璃层(4)为各种透明玻璃，包括但不限于石英玻璃、碳酸钡玻璃、硼砂玻璃、硅酸盐玻璃、有机玻璃。
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